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TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Aula 07: 23/03/2012
Cálculo da perda de energia
Cálculo da perda de energia
mecânica por atrito em acessórios.
mecânica por atrito em acessórios.
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perda de carga conexoes para sistema de vetilacao
Typology: Schemes and Mind Maps
2015/2016
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TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Aula 07: 23/03/
Cálculo da perda de energia
Cálculo da perda de energia
mecânica por atrito em acessórios.
mecânica por atrito em acessórios.
1. CÁLCULO DAS PERDAS POR ATRITO DE FORMA:1. CÁLCULO DAS PERDAS POR ATRITO DE FORMA:
CONTRAÇÕES, EXPANSÕES, VÁLVULAS E UNIÕES CONTRAÇÕES, EXPANSÕES, VÁLVULAS E UNIÕES
Um fluido em um sistema de escoamento passa por tubos,
válvulas, conexões, acessórios diversos e, também podem
ocorrer mudanças da área de escoamento.
bomba
redução de área de
escoamento
válvula
filtro
cotovelo
cotovelo
cotovelo
expansão
Existem dois procedimentos básicos para o cálculo da
perda de energia por atrito que ocorre nas válvulas,
acessórios e equipamentos na linha de processo:
1. Método do coeficiente de perda de carga localizada (k
f
2. Método do comprimento equivalente (Leq ou Leq/D):
ˆ
.
2
f f
v
E k
2
ˆ
2
eq
f F
L P
E f v
D
1.1. Coeficiente de perda de carga localizada (kf)1.1. Coeficiente de perda de carga localizada (kf)
Experimentalmente observa-se que a perda de carga em
acessórios é constante no regime turbulento e tem uma
relação linear com o termo de energia cinética v
2
/2 , tal
como pode-se observar na Figura 1.2.
Regime
turbulento
Inclinação
constante
P /
2
v
Figura 1.2. Comportamento da perda de carga em um acessório de
acordo com o regime de escoamento.
500 2100
2
ˆ
.
2
f f
v
E k
Regime
laminar
Regime de
transição
5
1.1.1. Regime turbulento1.1.1. Regime turbulento
1.1.1.1. Fluidos newtonianos 1.1.1.1. Fluidos newtonianos
Tipo de união ou válvula k
f
Joelho de 45º, padrão 0,
Joelho de 45º, raio longo 0,
Joelho de 90º, padrão
Raio longo
Canto Vivo
Válvulas e acessórios
Os valores do coeficiente de perda de carga localizada
são praticamente constantes nesse regime de trabalho.
Tabela 1.1. Valores de k
f
de válvulas e acessórios
Curva de 180º 1,
Tê (padrão),
Usada ao longo do tubo principal, com derivação fechada.
Usada como joelho, entrada no tubo principal.
Usada como joelho, entrada na derivação
Escoamento em derivação
a
Válvula globo, de sede chanfrada,
aberta
½ aberta
b
6,
9,
Válvula globo, sede de material sintético,
aberta
½ aberta
b
6,
8,
Válvula globo, disco tampão,
aberta
¾ aberta
b
½ aberta
b
¼ aberta
b
9,
13,
36,
112,
Válvula angular, aberta
b 2,
“Válvula macho“
= 0 º (aberta)
θ = 20 º
0
0,
0,
Válvula borboleta
= 0 º(aberta)
Válvula de retenção, portinhola
Disco
Esfera
c
c
c
b2) Contração total: nas saídas de tanques e reservatórios.
O valor da perda de carga em uma saída de tanque depende
da forma da saída. A contração pode ser suavizada ou abrupta.
Na contração, em escoamento turbulento, existe o fenômeno
de separação de uma porção de uma camada do fluido devido
à inércia, com a formação de uma “ vena contracta " e a
aceleração temporária do fluido.
Veja a figura embaixo.
Figura 1.4. Aceleração pela redução da área de escoamento.
Figura 1.5. Fenômeno de separação do fluido em uma
contração
Esse fenômeno é mais intenso nas conexões com bordas
retas ou cantos vivos e é menos acentuado quanto mais
suavizada for a saída, havendo diminuição dos
redemoinhos (zona de separação).
Zona de separação
Zona de
estagnação
Na tabela 1.2 pode-se observar como k
f
é maior nas
saídas mais retas.
b3) Expansão súbita ou saída (equação de borda de Carrot):
2
2
0
2
2
1
f
D
k
D
v 0
v 2
Figura 1.6.
Comportamento das linhas de corrente em uma expansão súbita
Nesse caso, o cálculo de kf é:
Onde:
D
0
= diâmetro do tubo de entrada
D
2
= diâmetro do tubo de saída
b4) Expansão Total
É o caso de entrada em grandes reservatórios. De acordo com a
equação (1.3) para ocaso de expansões, o cálculo da perda de
carga será:
2
2 2 2
0
2
2
ˆ
. 1.
2 2
f f
v D v
E k
D
No caso da expansão total D
2
>> D
0
O valor de k
f
será igual a 1 e.
2
ˆ
2
f
v
E
Isso significa que a energia cinética é totalmente perdida em
casos de expansão total.
1.1.2. Regime laminar1.1.2. Regime laminar
1.1.2.1. Fluidos newtonianos
1.1.2.1. Fluidos newtonianos
São escassos os dados de perda de carga
em regime laminar para este tipo de
fluídos.
Na tabela 1.3 pode-se encontrar alguns
valores de kf para válvulas e acessórios.
Tipo de válvula ou
acessório
Re=
1000
Re= 500 Re=100 Re= 50
Válvula angular 8 8,5 11 19
Válvula de retenção, tipo
portinhola
4 4,5 17 55
Tipo de válvula ou
acessório
Re=
1000
Re= 500 Re=100 Re= 50
Joelho 90 , raio curto 0,9 1,0 7,5 16
Tê, padrão, raio longo
Tê, derivação para a
linha
0,
1,
0,
1,
2,
4,
Não há
dados
9,
Válvula gaveta 1,2 1,7 9,9 24
Válvula globo,
Disco
Tampão
11
12
12
14
20
19
30
29